综述 | 结肠细胞代谢如何塑造肠道菌群

结肠细胞代谢如何塑造肠道菌群

文献导读

微生物组是宿主抵御病原菌的关键屏障，这主要是通过肠道菌群，结肠细胞和免疫细胞之间的交互作用实现的。结肠细胞和肠道菌群处于互利共生关系，一般情况下不会产生炎症反应，如果这种互利共生关系被打破，一些潜在的致病菌，如肠杆菌科中的一些细菌则会在肠道中兴风作浪–这就是我们所谓的肠道生态失衡。

参考文献信息

英文标题：Colonocyte metabolism shapes the gut microbiota
中文标题：结肠细胞代谢塑造肠道菌群
作者：Litvk Y(第一作者), Byndloss MX, Baumler AJ (通信作者) Email: ajbaumler@ucdavis.ed
专业领域：细胞代谢
单位：University of California, Davis | UCD · Department of Medical Microbiology and Immunology
影响因子：41.058
期款年卷：Science 2018 Nov 30；362（6418）
DOI：10.1126/science.aat9076

文献摘要

结肠细胞代谢是调控肠道稳态的关键开关，肠道内环境稳定时结肠细胞代谢趋于氧化磷酸化和脂肪酸氧化，并且耗氧量增高
结肠细胞代谢状态改变，肠上皮氧合作用增加，会导致肠道菌群失调
通过代谢重编程是恢复结肠细胞代谢，维护结肠内环境稳态以及治疗多种疾病的潜在策略
结肠细胞代谢状态的改变，结肠上皮细胞氧化合成作用增加会导致以兼性厌氧菌增殖位特征性的菌群失调

一图读懂

肠上皮代谢塑造结肠微生物组。左图：在肠道稳态期间，专性厌氧细菌将纤维转化为发酵产物（丁酸盐）以维持上皮处于以高氧消耗为特征的代谢状态。分化的结肠细胞（C2）的这种代谢极化维持上皮缺氧（<1％氧气）以限制扩散到肠腔中的氧气（O 2）的量。右图：终末分化的结肠细胞向低氧消耗（C1）的代谢重新定向增加了从上皮表面发出的呼吸电子受体（O2和NO3-）的浓度，从而导致微生物组从专性厌氧细菌转变为兼性厌氧细菌。底部的色标表示O2水平。 SC，干细胞; TA，无差别的过渡放大细胞; C2，终末分化的C2偏斜的结肠细胞; C1，终末分化C1-倾斜的结肠细胞; GC，杯状细胞; NO，一氧化氮

文献背景

结肠菌群的失调可能是人类许多疾病发生的原因，但机体稳态的维持机制仍然不是很清楚。搞清楚结肠免疫功能如何参与维持体内平衡对结肠是非常有意义的，因为这个器官拥有我们体内最大的微生物群落组成。高通量测序的发展逐渐将这种微生物组的不平衡（生态失调）与许多人类慢性疾病联系起来。然而，关于定义结肠微生物组的生态平衡组成因素是一项艰巨的任务，因为常驻微生物组具有高度多样性，不仅个体之间存在差异，而且随着饮食的变化微生物组也随之变化。反过来，未知的结肠菌群的稳态特征也阻碍了在确定维持结肠内稳态所需的免疫功能或细胞类型方面的进展

目前进展：

从生态学的角度观察微生物群组与宿主的共同进化，可以发现免疫功能对平衡微生物群组非常重要。这表明，我们的免疫系统进化是为了通过塑造有益的微环境来维持体内平衡。结肠上皮细胞（结肠细胞）在维持机体稳态具有重要作用。现在，通过塑造结肠微生物组成以使得对宿主有益的做法开始受到关注。结肠上皮细胞通过形成结肠微生物组来维持体内平衡的中心作用现在已开始得到重视。最近的研究表明，与巨噬细胞类似，分化的结肠细胞能在代谢上分化成不同的效应表型。在肠道内稳态过程中，表面结肠细胞的代谢主要是向脂肪酸的氧化磷酸化和氧化方向进行，导致上皮细胞耗氧量高。其结果是，上皮缺氧有助于维持由专性厌氧细菌主导的微生物群组，这些细菌将膳食纤维转化为发酵产物，被宿主吸收，从而对宿主有益。将结肠细胞代谢从脂质氧化转变为脂质氧化的条件，会导致从黏膜表面散发出的氧气量增加，从而推动微生物群组从专性厌氧菌向兼性厌氧菌转变，这是结肠菌群失调的一个标志。因此，结肠细胞的代谢是肠道微生物组的控制开关，介导着体内平衡和非生物群组之间的转移。肠道病原体破坏结肠细胞代谢是最近发现的一种毒性策略，使这些入侵者能够逃脱肠道微生物组赋予的小生境保护。

未来展望

肠道微生物失调的常见驱动因素对干预策略的设计有影响。因为我们的免疫系统已经有了平衡的方法，通过氧化磷酸化使上皮细胞处于代谢极化状态而维持结肠菌群的稳态，那么也就可以通过靶向微生物来修复肠道生态失调。通过代谢重编程结肠细胞以恢复上皮缺氧是一种有前景的治疗方法，重新平衡结肠微生物组成用于广谱人类疾病中。

参考文献

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